Функциональная и структурная схемы системы двигателя
Первый этап проектирования состоит в выборе элементов этой системы и формировании функциональной схемы.
В курсовом проекте угол поворота вала ЭД должен измеряться с помощью датчика (Д) одного из следующих типов:
потенциометрические;
индукционные (сельсины, вращающиеся трансформаторы, следящие трансформаторы магнесины);
емкостные;
фотоэлектрические.
Назначение
этих датчиков состоит в преобразовании
угла поворота вала в электрическое
напряжение U. Усилитель напряжения (УН)
суммирует этот сигнал с заданным
и
формирует ошибку регулирования
.
Она усиливается по мощности с помощью
усилителя УМ и подается на исполнительный
двигатель. Соответствующая функциональная
схема приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Функциональная схема электродвигателя
Электродвигатель
как четырехполюсник характеризуется
двумя входными параметрами:
-
напряжение в цепи якоря и
-
ток якоря и двумя выходными: М - момент
вращения, W- угловая скорость вала. Эти
характеристики связывают два
уравнения четырехполюсника
(1.1)
где частные передаточные функции имеют вид
(1.2)
Уравнения (1.1), (1.2) следуют из дифференциальных уравнений двигателя
(1.3)
где
-
индуктивность и сопротивление якорной
цепи,
-
ток якоря,
J - момент инерции якоря и всех жестко соединенных с ним частей,
-
электромагнитный вращающий момент
двигателя,
M - момент сопротивления нагрузки, приведенной к валу двигателя.
Из приведенных уравнений следует структурная схема системы стабилизации, изображенная на рисунке 1.2, где обозначено
Д1, Д2 – датчики;
Ку – коэффициент усиления;
j - угол поворота вала.
Wp(s) – передаточная функция регулятора;
Ne - высокочастотные шумы,
(s)
- передаточная функция двигателя по
управлению от напряжения U до угловой
скорости вращения якоря ,
(s)-
передаточная функция двигателя по
возмущению от момента сопротивления
на валу двигателя до угловой скорости
вращения якоря .
Рисунок 1.2 – Структурная схема системы стабилизации
(1.4)
Параметры
этих передаточных функций могут быть
определены по характеристикам пускового
момента
скорости
холостого хода -
:
(1.5)
Характеристики
и
приводятся
в справочной литературе [1] или в
технической документации.
Для
обеспечения заданных максимальных
значений скорости
и
ускорения движения нагрузки
двигатель
на валу должен развивать скорость
и
момент
,
определяемые выражениями [2], [3], [4]
(1.6)
,
(1.7)
где
и
-
моменты инерции двигателя и редуктора;
-
момент инерции нагрузки;
-максимальный
момент сопротивления нагрузки;
-
передаточное число редуктора;
-
коэффициент полезного действия редуктора.